底部填充组合物和使用该组合物的封装工艺的制作方法
【专利说明】底部填充组合物和使用该组合物的封装工艺
[0001] 本发明涉及一种底部填充组合物，特别地，涉及一种单组分液体底部填充组合物， 并且涉及使用该底部填充组合物的封装工艺。
【背景技术】
[0002] 随着手持式电子设备例如智能手机和平板电脑的发展，这些设备变得越来越薄但 是具有越来越多的功能，这使得印刷电路板（PCB)的设计越来越复杂。包括封装件例如 CSP (芯片级封装）、BGA (球栅阵列封装）、LGA (岸面栅格阵列封装）和POP (层叠封装）以 及元件例如电阻器和电容器等的数以千计的组件被集成在小的PCB上。一般来说，CSP/BGA 封装件被许多元件包围。这些元件中的一些非常敏感，并且被底部填充胶污染可能导致质 量问题。
[0003] 底部填充组合物（也称为底部填充胶）被广泛用于手持电子设备的集成电路板上 以改进所谓的"跌落测试"性能并吸收热循环的一些应力。底部填充胶可以在板预热或不 预热情况下在CSP/BGA封装件下流动，通过毛细作用填充封装件和PCB之间的缝隙并且形 成围绕封装件的胶瘤。然后通过热固化将液体底部填充胶变为交联的固体，从而为焊接点 提供保护。
[0004] 通常，底部填充胶基于环氧树脂，另外含有潜伏性环氧固化剂（例如酐类、胺类、 咪唑类、硫醇类等）、促进剂、活性稀释剂和其它添加剂（例如润湿剂、粘合促进剂、消泡剂 等）。图1显示了一种典型的传统可热固化的底部填充胶的粘度-温度曲线。随着温度上 升，底部填充胶的粘度初始降低，然后在发生固化反应之后急剧上升。基于该特性，当底部 填充胶的粘度太高时，可以采用预热步骤来加速底部填充胶的流速。然而，该特性也导致了 在热固化过程中控制底部填充胶流动的精确性的困难。底部填充胶在升高的温度下可能溢 出并污染一些围绕封装件的电阻器和电容器，从而导致质量问题。
[0005] 为了增加生产的生产量并降低成本，在工业中广泛使用低粘度底部填充胶。这种 低粘度底部填充胶在室温下快速流动，并因此大大降低了流动时间并省去了板预热步骤， 从而增加生产量并降低工艺成本。然而，使用这种低粘度底部填充胶对精确控制底部填充 胶流动造成很大的困难。即使非常精确控制胶体积，也不能避免污染问题。
[0006] 更高粘度的底部填充胶具有较低的流速并可以被用来在一定程度上避免上述溢 出问题。然而，由此降低了生产量。
[0007] US2002/128353和US2004/087681分别描述了助焊非流动型底部填充胶。这种非 流动型底部填充胶包含环氧树脂、硬化剂和焊剂（有机酸），并且可以在有或没有后期固化 情况下使用回流焊工艺固化。非流动性质可以帮助有效地控制底部填充胶的流速。然而， 这种非流动底部填充技术具有非常窄的回流操作窗来平衡焊接和底部填充固化工艺。在复 杂的表面帖装工艺中非常难以使用这种非流动型材料。
[0008] 因此，仍然需要具有保证高生产量的低粘度的底部填充组合物并且该底部填充组 合物在封装件下的流动可以被精确控制从而不会溢出并且不会污染围绕封装件的元件。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种单组分液体底部填充组合物， 其包含
[0010] -环氧树脂，
[0011] -潜伏性环氧固化剂，
[0012] -可光固化树脂或单体，
[0013]-光引发剂，
[0014] _任选存在的填料，和
[0015] -任选存在的热引发剂。
[0016] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含约10重 量％至约90重量％，优选约30重量％至约80重量％，更优选约45重量％至约65重量％ 的环氧树脂。
[0017] 在本发明的一种实施方式中，所述环氧树脂包含至少一种多官能环氧树脂，任选 地同时包含一种或多种单官能环氧树脂。
[0018] 在本发明的一种实施方式中，基于全部环氧树脂，所述多官能环氧树脂的存在量 为约20重量％至约100重量％，优选约40重量％至约95重量％，更优选约60重量％至约 95重量％。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述多官能环氧树脂选自由以下组成的组：双酚A 环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、2, 6-二缩水甘油基苯基缩水甘油醚、萘环 氧树脂、脂环族环氧树脂、基于芳族胺和表氯醇的聚环氧化合物、酚类化合物的聚缩水甘油 基衍生物、由多元醇、聚丁二烯等制备的聚环氧化物、苯酚-甲醛酚醛清漆的聚缩水甘油基 衍生物、以及胺、氨基醇和聚羧酸的聚缩水甘油基加合物。
[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述单官能环氧树脂在25°C下具有小于约300cps 的粘度。
[0021] 在本发明的一种实施方式中，所述单官能环氧树脂选自由以下组成的组：对叔丁 基苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、新癸酸缩水甘油醚、C12-C14烷基缩水甘油醚、丁基 缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚和壬基苯基缩水甘油醚。
[0022] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含约0. 5 重量％至约50重量％，优选约10重量％至约40重量％的所述潜伏性环氧固化剂。
[0023] 在本发明的一种实施方式中，基于100重量份的所述环氧树脂，所述潜伏性环氧 固化剂的存在量为约〇. 1-约50重量份，优选0. 5-30重量份、优选0. 5-20重量份。
[0024] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含约0. 1 重量％至约50重量％，优选约10重量％至约30重量％的所述可光固化树脂或单体。
[0025] 在本发明的一种实施方式中，所述可光固化树脂或单体选自由以下组成的组： (甲基）丙烯酸酯单体或低聚物、乙烯基醚和可光固化环氧树脂。
[0026] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含约0. 2 重量％至约10重量％，优选约1重量％至约6重量％，更优选约3重量％至约5重量％的 所述光引发剂。
[0027] 在本发明的一种实施方式中，基于100重量份的所述可光固化树脂或单体，所述 光引发剂的存在量为约0. 1-约5重量份，优选约0. 2-约4重量份。
[0028] 在本发明的一种实施方式中，所述光引发剂能够在约250nm-850nm，优选约 300nm-450nm，更优选约300nm-400nm的波长范围内被活化。
[0029] 在本发明的一种实施方式中，所述光引发剂可以是阳离子型光引发剂和自由基型 光引发剂，特别地，所述光引发剂选自由以下组成的组：二苯甲酮、苯乙酮、氯化的苯乙酮、 二烷氧基苯乙酮、二烷基羟基苯乙酮、二烷基羟基苯乙酮酯、苯偶姻、苯偶姻乙酸酯、苯偶姻 烷基醚、二甲氧基苯偶姻、二苄基酮、苯甲酰基环己醇和其它芳族酮类、酰基肟酯、酰基膦氧 化物、酰基膦酸醋（acylphosphosphonates)、酮硫化物、二苯甲酰基二硫化物、二苯基二硫 碳酸酯、二苯基（2, 4, 6-三甲基苯甲酰基）膦氧化物、磷鑰盐、硫鑰氧和碘鑰盐。
[0030] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含0重 量％至约5重量％的热引发剂。
[0031] 在本发明的一种实施方式中，基于100重量份的所述可光固化树脂或单体，所述 热引发剂的存在量为约0. 1_约5重量份，优选约0. 2-约4重量份。
[0032] 在本发明的一种实施方式中，所述热引发剂选自过氧化物和偶氮化合物，特别是 选自由以下组成的组：二（4-叔丁基环己基）过氧二碳酸酯、叔丁基过氧新癸酸酯、叔丁基 过氧新戊酸酯、二月桂酰过氧化物、2,2' -偶氮二（异丁腈）、2, 5-二甲基-2, 5-二（2-乙 基己酰过氧）己烷和叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧苯甲酸酯。
[0033] 在本发明的一种实施方式中，基于全部组合物，所述底部填充组合物包含0重 量％至约60重量％的填料。
[0034] 在本发明的一种实施方式中，所述填料选自由以下组成的组：氧化铝、二氧化硅和 氧化镁，尤其是具有球形形状，特别是具有lnm-20 μm，优选5nm-10 μm的平均粒径。
[0035] 在本发明的一种实施方式中，所述底部填充组合物具有50mPa. s-lOOOOmPa. s，优 选100~5000mPa. s，更优选150~1500mPa. s的粘度。
[0036] 本发明的另一目的是提供使用本发明的底部填充组合物的封装工艺。本发明的封 装工艺可以精确地控制底部填充胶流动而不损害生产量。本发明的封装工艺包括以下步 骤：
[0037] a)提供封装件和电路板的组合件；
[0038] b)分配所述底部填充组合物；
[0039] c)所述底部填充组合物在电路板预热或不预热的情况下通过毛细作用流动填充 到封装件和电路板之间的缝隙并形成胶瘤；
[0040] d)通过暴露于紫外线和/或可见光将所述胶瘤部分或全部固化；和
[0041] e)通过加热将未固化的底部填充组合物完全固化。
[0042] 在本发明中，所述封装件包括CSP、BGA、LGA和POP。
[0043] 在本发明的一种实施方式中，步骤d)中的光强度为从30mJ/cm2至4000mJ/cm 2,优 选从 100mJ/cm2至 3000mJ/cm2。
[0044] 在本发明的一种实施方式中，所述光具有在250nm-850nm，优选300nm-450nm，更 优选300nm-400nm的范围内的波长。
[0045] 在本发明的一种实施方式中，热固化步骤e)可以在60 °C -250 °C，优选 70°C _200°C，更优选80°C _160°C的范围内的温度下进行。
[0046] 在本发明的一种实施方式中，所述电路板没有被预热。
[0047] 本发明的底部填充组合物具有以下优势：1)在电路板预热或不预热情况下都显 示出良好的流动性能并能够快速地填充封装件和电路板之间的缝隙并形成胶瘤；2)所述 胶瘤在暴露于紫外光或可见光下可以部分或全部固化，从而避免底部填充组合物在随后的 热固化过程中溢出；和3)在光固化后，未固化的底部填充组合物可以通过加热完全固化， 从而提供对焊接点的支持。
[0048] 使用本发明的底部填充组合物的封装工艺可以提供对底部填充胶流动的精确控 制，并因此在保证生产量的同时没有对围绕封装件的元件的胶污染。
【附图说明】
[0049] 图1显示了现有技术中单组分可热固化的环氧粘合剂的典型粘度-温度曲线。
[0050] 图2示